一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件及制備方法
【專利摘要】一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件及其制備方法，屬于傳感器領(lǐng)域。包括底層柔性襯底，位于底層柔性襯底之上的柵電極和壓力傳感器電極，位于柵電極之上的有源層，位于部分柵電極、部分底層柔性襯底、傳感器電極之上的敏感層，位于有源層之上的絕緣層，位于絕緣層之上的源漏電極，覆蓋源漏電極和敏感層的頂層封裝層。本發(fā)明將壓力傳感器與薄膜晶體管集成在一起，壓力傳感器對壓力的響應(yīng)帶來了電流值的改變，薄膜晶體管通過輸出的電流值即可實(shí)現(xiàn)對壓力的檢測，該集成器件既實(shí)現(xiàn)了壓力的檢測，又能將信號進(jìn)行放大輸出，有效實(shí)現(xiàn)了傳感器與電路的結(jié)合，且具有低成本、高靈敏度、低驅(qū)動電壓、響應(yīng)快、放大檢測信號等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器技術(shù)是一門正在蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化技術(shù)，主要涉及微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、電路與系統(tǒng)、傳感技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及模糊控制理論等多種學(xué)科，在軍事、太空探索、智能家居、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。壓力傳感器是一種常用的傳感器，主要應(yīng)用于水利水電、鐵路交通、智能建筑、航空航天等工業(yè)自控環(huán)境中。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出；隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體壓力傳感器應(yīng)運(yùn)而生，其具有體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體傳感器的微型化發(fā)展以及可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)，具有高靈敏度、能夠探測微弱壓力、實(shí)現(xiàn)柔性大面積及高的空間分辨率等性能的壓力傳感器成為傳感器研究的重要方向。
[0003]為了實(shí)現(xiàn)大面積范圍內(nèi)信號的轉(zhuǎn)換和收集，制備壓力傳感器與晶體管電路的集成器件具有重要的意義。而傳統(tǒng)的硅基金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管在摩爾定律的推動下，尺寸不斷縮小，制備工藝復(fù)雜度不斷增加，器件集成度不斷提高，以滿足高性能集成電路芯片的發(fā)展需要，然而卻難以適用于大面積、柔性、低成本的傳感集成的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件及其制備方法，將柔性壓阻式壓力傳感器與薄膜晶體管集成在一起，壓力傳感器對壓力的響應(yīng)帶來了電流值的改變，薄膜晶體管通過輸出的電流值即可實(shí)現(xiàn)對壓力的檢測，該集成結(jié)構(gòu)既實(shí)現(xiàn)了壓力的檢測，又能將信號進(jìn)行放大輸出，有效實(shí)現(xiàn)了傳感器與電路的結(jié)合;本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)具有低成本、高靈敏度、低驅(qū)動電壓、響應(yīng)快、放大檢測信號等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電路系統(tǒng)中。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，包括底層柔性襯底，位于底層柔性襯底之上的柵電極和壓力傳感器電極，位于柵電極之上的有源層，位于部分柵電極、部分底層柔性襯底、傳感器電極之上的敏感層，位于有源層之上的絕緣層，位于絕緣層之上的源漏電極，覆蓋源漏電極和敏感層的頂層封裝層，其中，敏感層的上表面不超過有源層的上表面；
[0007]所述壓力傳感器電極連接恒定的直流電源，源電極接地，漏電極連接測試端；當(dāng)向敏感層上方的頂層封裝層施加壓力時(shí)，會改變敏感層的電阻，使得經(jīng)過敏感層流經(jīng)柵電極的電流值發(fā)生改變，從而導(dǎo)致漏電極端測試的電流發(fā)生變化，通過測試漏電極端電流的變化即可得到傳感器壓力的變化。
[0008]進(jìn)一步地，所述柵電極、壓力傳感器電極和源漏電極為銀納米線薄膜。
[0009]進(jìn)一步地，所述絕緣層為PMMA薄膜。
[0010]進(jìn)一步地，所述底層柔性襯底和頂層封裝層為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯等。
[0011]進(jìn)一步地，所述有源層為IGZO(In-Ga-Zn-O)薄膜、ITZO(In-T1-Zn-O)薄膜、IAZO(In-Al-Zn-O)薄膜等。
[0012]進(jìn)一步地，所述敏感層為碳納米管/PDMS復(fù)合薄膜、鎳粉/PDMS復(fù)合薄膜、乙炔炭黑/PDMS復(fù)合薄膜等。
[0013]進(jìn)一步地，所述底層柔性襯底的厚度為0.2?0.3mm，所述柵電極的厚度為80?lOOnm，所述絕緣層的厚度為500?800nm，所述有源層的厚度為70?lOOnm，所述源漏電極的厚度為80?I OOnm，所述壓力傳感器電極的厚度為80?I OOnm，源漏電極上的頂層封裝層的厚度為0.2mm?0.3mm。
[0014]進(jìn)一步地，所述底層柔性襯底和頂層封裝層采用旋涂法制備，所述柵電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述絕緣層采用噴涂法或旋涂法制備，所述有源層采用濺射法制備，所述源漏電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述壓力傳感器電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述敏感層采用噴涂法或旋涂法制備。
[0015]—種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，包括以下步驟:
[0016]步驟I:制備底層柔性襯底，清洗備用；
[0017]步驟2:在步驟I得到的底層柔性襯底上制備柵電極和壓力傳感器電極；
[0018]步驟3:在步驟2得到的柵電極上制備聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，作為絕緣層；
[0019]步驟4:在步驟3得到的絕緣層上采用磁控濺射法制備有源層；
[0020]步驟5:在步驟4得到的有源層上制備銀納米線薄膜，作為源漏電極；
[0021]步驟6:在部分柵電極、部分底層柔性襯底、壓力傳感器電極之上制備敏感層，所述敏感層的上表面不超過有源層的上表面；
[0022]步驟7:在敏感層和源漏電極表面形成頂層封裝層，以對器件進(jìn)行封裝，保護(hù)敏感層材料和源漏電極。
[0023]進(jìn)一步地，步驟I所述底層柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯等;其中，制備聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底的具體過程為:將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質(zhì)量比10:1的比例混合，在
0.1Torr的真空環(huán)境下放置10?30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液;然后在硅烷化處理后的玻璃基片上旋涂上述聚二甲基硅氧烷旋涂液;最后將旋涂后的帶聚二甲基硅氧烷的玻璃基片在60?80°C溫度下干燥I?3h進(jìn)行固化成型，將固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剝離下，進(jìn)行等離子體氧處理使其表面親水，即可得到厚度為0.2?0.3mm的聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底。
[0024]進(jìn)一步地，步驟2所述柵電極和壓力傳感器電極的制備過程具體為:首先，采用液相多元醇合成法制備銀納米線混合液，在得到的銀納米線混合液中加入體積為銀納米線混合液3?5倍的丙酮后混合均勻，然后離心分離，得到的銀納米線取出后加入乙醇、丙酮或去離子水等分散溶劑中，超聲得到穩(wěn)定的銀納米線分散液，所述銀納米線分散液的質(zhì)量濃度為5?10mg/mL;將上步得到的銀納米線分散液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟I清洗后的底層柔性襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80?120°C，噴涂銀納米線，S卩可在底層柔性襯底上得到圖案化的銀納米線薄膜，然后在120°C溫度下退火I?2h，即可得到厚度為80?10nm的銀納米線柵電極和銀納米線壓力傳感器電極。
[0025]進(jìn)一步地，所述采用液相多元醇合成法制備銀納米線混合液的具體過程為:分別配制0.1?0.5mol/L的硝酸銀(AgNO3)的乙二醇溶液、0.15?0.5mol/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(分子量為30000)的乙二醇溶液、0.0014?0.0 Imo 1/L的氯化鈉(NaCl)的乙二醇溶液；將上述三種溶液混合并攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在140?180°C溫度下水熱反應(yīng)2?4h，得到銀納米線混合液。
[0026]進(jìn)一步地，步驟3所述PMMA絕緣層的制備過程具體為:首先配制聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液，采用聚甲基丙烯酸甲酯(分子量為120000)作為溶質(zhì)，苯甲醚、三氯甲烷等作為溶劑，配制得到質(zhì)量濃度為100mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液;將上述聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟2得到的帶柵電極的柔性襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80?100°C，噴涂聚甲基丙烯酸甲酯，即可在柵電極上得到PMMA，然后在100?120°C溫度下退火I?2h，得到厚度為500?800nm的PMMA薄膜，即為絕緣層。
[0027]進(jìn)一步地，步驟4所述有源層為IGZO薄膜、ITZO薄膜、IAZO薄膜等，其中，采用磁控濺射法制備IGZO薄膜時(shí)，濺射靶材為摩爾比In:Ga:Zn=l:1:1的金屬靶材，濺射溫度為20?50°C，濺射電壓為210?240V的直流電壓，濺射氣氛為氧氣和氬氣的混合氣體，所述氧氣與氬氣的流量比為(I?10): 100，濺射氣壓為2?4mTorr，濺射得到的IGZO薄膜的厚度為70?10nm0
[0028]進(jìn)一步地，步驟5所述銀納米線薄膜的制備過程與步驟2銀納米柵電極和壓力傳感器電極的制備過程相同。
[0029]進(jìn)一步地，步驟6所述敏感層為碳納米管/PDMS復(fù)合薄膜，制備過程具體為:a)將碳納米管和聚二甲基硅氧烷的硬化劑按照質(zhì)量比為1:20的比例混合，進(jìn)行磁力攪拌，超聲，使碳納米管分散均勻;b)按照硬化劑與主劑質(zhì)量比1:10的比例向上述碳納米管分散液中加入聚二甲基硅氧烷的主劑，攪拌均勻后，置于0.1Torr的真空環(huán)境中處理10?30min，以去除旋涂液中的空氣，得到旋涂液;c)采用掩膜版遮擋薄膜晶體管部分，將上述旋涂液旋涂于底層柔性襯底、傳感器電極和部分柵電極表面，旋涂轉(zhuǎn)速控制在500?lOOOrpm，旋涂完成后在60?80°C的溫度下固化成型，即可得到敏感層。
[0030]進(jìn)一步地，步驟7所述頂層封裝層為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯等;其中，制備聚二甲基硅氧烷頂層封裝層的具體過程為:為了保護(hù)敏感材料層和源漏電極，使整個(gè)器件更穩(wěn)定的工作，在整個(gè)器件的頂層使用柔性PDMS進(jìn)行封裝;首先，將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質(zhì)量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空環(huán)境下放置10?30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液;將聚二甲基硅氧烷旋涂液旋涂于步驟6得到的器件的表面，然后在60?80°C溫度下干燥I?3h進(jìn)行固化成型，即完成集成器件的制作;所述源漏電極上的聚二甲基硅氧烷頂層封裝層的厚度為0.2mm?0.3mm。
[0031]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明將柔性壓阻式壓力傳感器與薄膜晶體管集成在一起，壓力傳感器對壓力的響應(yīng)帶來了電流值的改變，薄膜晶體管通過輸出的電流值即可實(shí)現(xiàn)對壓力的檢測，該集成結(jié)構(gòu)既實(shí)現(xiàn)了壓力的檢測，又能將信號進(jìn)行放大輸出，有效實(shí)現(xiàn)了傳感器與電路的結(jié)合;本發(fā)明采用碳納米管/PDMS復(fù)合薄膜作為壓力傳感器的敏感層，由于碳納米管具有優(yōu)異的機(jī)械性能、良好的導(dǎo)電性能，將其摻雜在聚二甲基硅氧烷中會形成一些導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)外力作用于傳感器上時(shí)，會使內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)發(fā)生變化，能夠很好地感受外界施加壓力的變化;本發(fā)明集成結(jié)構(gòu)具有低成本、高靈敏度、低驅(qū)動電壓、響應(yīng)快、放大檢測信號等優(yōu)點(diǎn)，可直接應(yīng)用于電路系統(tǒng)中，有利于涉及成陣列化的傳感器像素點(diǎn)與顯示技術(shù)相結(jié)合，便于集成化;本發(fā)明采用噴涂法或旋涂法制備集成器件中的各層薄膜，工藝簡單，成本低，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I為頂層封裝層，2為源漏電極，3為絕緣層，4為有源層，5為柵電極，6為底層柔性襯底，7為壓力傳感器電極，8為敏感層；
[0033]圖2為薄膜晶體管的俯視圖；其中，2為源漏電極，5為柵電極，6為底層柔性襯底，7為壓力傳感器電極；
[0034]圖3為本發(fā)明柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0036]本發(fā)明提出的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件主要包括壓力傳感器的檢測部分和薄膜晶體管的信號輸出部分，有效將薄膜晶體管和壓力傳感器結(jié)合起來，制備過程為:首先制備底層柔性襯底，然后通過掩膜版的遮擋在底層柔性襯底的一端制備薄膜晶體管的柵電極，另一端制備壓力傳感器電極并引出壓力傳感器的電極引線;然后采用掩膜版遮擋，露出柵電極，在柵電極上噴涂PMMA絕緣層，在絕緣層上濺射法IGZO有源層，使用掩膜板，在有源層上制備源漏電極，引出電極引線，完成薄膜晶體管的制備;采用掩膜版遮擋薄膜晶體管，在底層柔性襯底、壓力傳感器電極和部分柵電極上制備壓力傳感器的敏感層;最后在整個(gè)器件上方旋涂柔性PDMS作為頂層封裝層，完成器件的封裝。
[0037]所述壓力傳感器電極連接恒定的直流電源，源電極接地，漏電極連接測試端；當(dāng)向敏感層上方的頂層柔性襯底施加壓力時(shí)，會改變碳納米管復(fù)合薄膜的電阻，使得經(jīng)過碳納米管復(fù)合薄膜流經(jīng)柵電極的電流值發(fā)生變化，由于柵電壓對漏電流的調(diào)控作用，從而在漏電極端測試到的電流會發(fā)生變化，因此通過測試漏電極端電流的變化即可得到傳感器壓力的變化。
[0038]實(shí)施例1
[0039]步驟1、采用旋涂法制備聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底:將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質(zhì)量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空環(huán)境下放置1min以除去氣泡，得到聚二甲基娃氧燒旋涂液；然后在娃燒化處理后的玻璃基片上旋涂上述聚二甲基娃氧燒旋涂液;將旋涂后的帶聚二甲基硅氧烷的玻璃基片在60°C溫度下干燥2h進(jìn)行固化成型，將固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剝離下，進(jìn)行等離子體氧處理使其表面親水，即可得到厚度為0.2mm的聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底;最后將上步等離子體氧處理后得到的聚二甲基硅氧烷薄膜依次在異丙醇、丙酮和去離子水中超聲清洗15min，以去除其表面的污物和雜質(zhì)；
[0040]步驟2、采用噴涂法制備銀納米線薄膜，得到柵電極和壓力傳感器電極:首先，分別配制0.1moI/L的硝酸銀(AgNO3)的乙二醇溶液、0.15moI/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(分子量為30000)的乙二醇溶液、0.0014mol/L的氯化鈉(NaCl)的乙二醇溶液;將上述三種溶液混合并攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在160°C溫度下水熱反應(yīng)2h，得到銀納米線混合液;在上步得到的銀納米線混合液中加入體積為銀納米線混合液3倍的丙酮后混合均勻，倒入離心管中，在5000rpm下離心處理20min，重復(fù)3?5次，除去分散液中的PVP等雜質(zhì)，然后加入去離子水離心處理，得到銀納米線沉淀;得到的銀納米線取出后加入50mL乙醇中，超聲得到穩(wěn)定的銀納米線分散液，所述銀納米線分散液的質(zhì)量濃度為5mg/mL;將上步得到的銀納米線分散液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟I清洗后的底層柔性襯底放在加熱臺上，采用掩膜版遮擋，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80°C，噴涂銀納米線，即可在柔性襯底上得到圖案化的銀納米線薄膜，然后在120°C溫度下退火lh，以降低銀納米線之間的接觸電阻，提高導(dǎo)電性，得到的銀納米線柵電極和壓力傳感器電極的厚度為80nm;
[0041]步驟3、采用噴涂法制備聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)絕緣層:首先配制聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液，采用聚甲基丙烯酸甲酯(分子量為120000)作為溶質(zhì)，苯甲醚作為溶劑，配制得到質(zhì)量濃度為lOOmg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液;將上述聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟2得到的帶柵電極和壓力傳感器電極的底層柔性襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80°C，噴涂聚甲基丙烯酸甲酯，即可在柵電極上得到PMMA，然后在100°C溫度下退火2h，得到厚度為SOOnm的PMMA薄膜，即為絕緣層；
[0042]步驟4、采用磁控濺射法在步驟3得到的絕緣層上制備IGZO薄膜，作為有源層；其中，濺射靶材為摩爾比In: Ga: Zn = 1:1:1的金屬靶材，濺射溫度為25°C，濺射電壓為21V的直流電壓，派射氣氛為氧氣和氬氣的混合氣體，所述氧氣與氬氣的流量比為1:100，派射氣壓為2mTorr，濺射得到的IGZO薄膜的厚度約為80nm;
[0043]步驟5、采用與步驟2相同的噴涂法制備厚度為10nm的銀納米線薄膜，作為源漏電極；
[0044]步驟6、采用旋涂法在部分柵電極、部分底層柔性襯底、壓力傳感器電極之上制備敏感層:將碳納米管和聚二甲基硅氧烷的硬化劑按照質(zhì)量比為1:20的比例混合，進(jìn)行磁力攪拌，超聲，使碳納米管分散均勻;按照硬化劑與主劑質(zhì)量比1:10的比例向上述碳納米管分散液中加入聚二甲基硅氧烷的主劑，攪拌均勻后，置于0.1Torr的真空環(huán)境中處理30min，以去除旋涂液中的空氣，得到旋涂液;采用掩膜版遮擋薄膜晶體管部分，將上述旋涂液旋涂于底層柔性襯底、傳感器電極和部分柵電極表面，旋涂轉(zhuǎn)速控制在500rpm，旋涂完成后在80 °C溫度下固化成型，即可得到敏感層；
[0045]步驟7、在步驟6得到的器件上制備聚二甲基硅氧烷頂層封裝層:為了保護(hù)敏感材料層和源漏電極，使整個(gè)器件更穩(wěn)定的工作，在整個(gè)器件的頂層使用柔性PDMS進(jìn)行封裝;首先，將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質(zhì)量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空環(huán)境下放置30min以除去氣泡，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液;將聚二甲基硅氧烷旋涂液旋涂于步驟6得到的器件的表面，然后在80°C溫度下干燥2h進(jìn)行固化成型，即完成集成器件的制作;所述源漏電極上的聚二甲基硅氧烷頂層封裝層的厚度為0.3_。
[0046]實(shí)施例2
[0047]本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別為，步驟6所述敏感層為乙炔炭黑/PDMS復(fù)合薄膜，其制備過程為:將炭黑和聚二甲基硅氧烷的硬化劑按照質(zhì)量比為1:20的比例混合，進(jìn)行磁力攪拌，超聲，使炭黑分散均勻;按照硬化劑與主劑質(zhì)量比1:10的比例向上述炭黑分散液中加入聚二甲基硅氧烷的主劑，攪拌均勻后，置于0.1Torr的真空環(huán)境中處理30min，以去除旋涂液中的空氣，得到旋涂液;采用掩膜版遮擋薄膜晶體管部分，將上述旋涂液旋涂于底層柔性襯底、傳感器電極和部分柵電極表面，旋涂轉(zhuǎn)速控制在500rpm，旋涂完成后在80 °(:溫度下固化成型，即可得到敏感層。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，包括底層柔性襯底，位于底層柔性襯底之上的柵電極和壓力傳感器電極，位于柵電極之上的有源層，位于部分柵電極、部分底層柔性襯底、傳感器電極之上的敏感層，位于有源層之上的絕緣層，位于絕緣層之上的源漏電極，覆蓋源漏電極和敏感層的頂層封裝層，其中，敏感層的上表面不超過有源層的上表面； 所述壓力傳感器電極連接恒定的直流電源，源電極接地，漏電極連接測試端；當(dāng)向敏感層上方的頂層封裝層施加壓力時(shí)，會改變敏感層的電阻，使得經(jīng)過敏感層流經(jīng)柵電極的電流值發(fā)生改變，從而導(dǎo)致漏電極端測試的電流發(fā)生變化，通過測試漏電極端電流的變化即可得到傳感器壓力的變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，其特征在于，所述柵電極、壓力傳感器電極和源漏電極為銀納米線薄膜;所述絕緣層為PMMA薄膜;所述底層柔性襯底和頂層封裝層為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯;所述有源層為IGZO薄膜、ITZO薄膜、IAZO薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，其特征在于，所述敏感層為碳納米管/PDMS復(fù)合薄膜、鎳粉/PDMS復(fù)合薄膜、乙炔炭黑/PDMS復(fù)合薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，其特征在于，所述底層柔性襯底的厚度為0.2?0.3mm，所述柵電極的厚度為80?lOOnm，所述絕緣層的厚度為500?800nm，所述有源層的厚度為70?lOOnm，所述源漏電極的厚度為80?lOOnm，所述壓力傳感器電極的厚度為80?lOOnm，源漏電極上的頂層封裝層的厚度為0.2mm?0.3mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件，其特征在于，所述底層柔性襯底和頂層封裝層采用旋涂法制備，所述柵電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述絕緣層采用噴涂法或旋涂法制備，所述有源層采用濺射法制備，所述源漏電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述壓力傳感器電極采用噴涂法或旋涂法制備，所述敏感層采用噴涂法或旋涂法制備。6.—種柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，包括以下步驟: 步驟I:制備底層柔性襯底，清洗備用； 步驟2:在步驟I得到的底層柔性襯底上制備柵電極和壓力傳感器電極； 步驟3:在步驟2得到的柵電極上制備聚甲基丙烯酸甲酯，作為絕緣層； 步驟4:在步驟3得到的絕緣層上采用磁控濺射法制備有源層； 步驟5:在步驟4得到的有源層上制備銀納米線薄膜，作為源漏電極； 步驟6:在部分柵電極、部分底層柔性襯底、壓力傳感器電極之上制備敏感層，所述敏感層的上表面不超過有源層的上表面； 步驟7:在敏感層和源漏電極表面形成頂層封裝層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，其特征在于，步驟I所述底層柔性襯底為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚偏氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯;其中，制備聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底的具體過程為:將聚二甲基硅氧烷主劑和硬化劑按質(zhì)量比10:1的比例混合，在0.1Torr的真空環(huán)境下放置10?30min，得到聚二甲基硅氧烷旋涂液;然后在硅烷化處理后的玻璃基片上旋涂上述聚一■甲基娃氧燒旋涂液;最后將旋涂后的帶聚一■甲基娃氧燒的玻璃基片在60?80 C溫度下干燥I?3h進(jìn)行固化成型，將固化成型后的聚二甲基硅氧烷薄膜剝離下，進(jìn)行等離子體氧處理使其表面親水，即可得到厚度為0.2?0.3_的聚二甲基硅氧烷底層柔性襯底。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，其特征在于，步驟2所述柵電極和壓力傳感器電極的制備過程具體為:首先，采用液相多元醇合成法制備銀納米線混合液，在得到的銀納米線混合液中加入體積為銀納米線混合液3?5倍的丙酮后混合均勻，然后離心分離，得到的銀納米線取出后加入乙醇、丙酮或去離子水分散溶劑中，超聲得到穩(wěn)定的銀納米線分散液，所述銀納米線分散液的質(zhì)量濃度為5?10mg/mL ；將上步得到的銀納米線分散液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟I清洗后的底層柔性襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80?120°C，噴涂銀納米線，即可在底層柔性襯底上得到圖案化的銀納米線薄膜，然后在120°C溫度下退火I?2h，即可得到厚度為80?10nm的銀納米線柵電極和銀納米線壓力傳感器電極。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，其特征在于，步驟3所述PMMA絕緣層的制備過程具體為:首先配制聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液，采用聚甲基丙烯酸甲酯作為溶質(zhì)，苯甲醚或三氯甲烷作為溶劑，配制得到質(zhì)量濃度為10mg/mL的聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液;將上述聚甲基丙烯酸甲酯噴涂液加入噴墨打印機(jī)中，將步驟2得到的帶柵電極的柔性襯底放在加熱臺上，調(diào)節(jié)加熱臺的溫度為80?100°C，噴涂聚甲基丙烯酸甲酯，即可在柵電極上得到PMMA，然后在100?120°C溫度下退火I?2h，得到厚度為500?800nm的PMMA薄膜，即為絕緣層。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性壓力傳感器與薄膜晶體管的集成器件的制備方法，其特征在于，步驟6所述敏感層為碳納米管/PDMS復(fù)合薄膜，制備過程具體為:a)將碳納米管和聚二甲基硅氧烷的硬化劑按照質(zhì)量比為1:20的比例混合，進(jìn)行磁力攪拌，超聲，使碳納米管分散均勻;b)按照硬化劑與主劑質(zhì)量比1:10的比例向上述碳納米管分散液中加入聚二甲基硅氧烷的主劑，攪拌均勻后，置于0.1Torr的真空環(huán)境中處理10?30min，以去除旋涂液中的空氣，得到旋涂液;c)采用掩膜版遮擋薄膜晶體管部分，將上述旋涂液旋涂于底層柔性襯底、傳感器電極和部分柵電極表面，旋涂轉(zhuǎn)速控制在500?lOOOrpm，旋涂完成后在60?80 °C的溫度下固化成型，即可得到敏感層。
【文檔編號】G01L9/08GK105841849SQ201610181526
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】魏雄邦, 全勇, 肖倫, 陳志 , 劉騰飛, 周濤
【申請人】電子科技大學(xué)